Description de GAMMORA
2.6 Table de radiothérapie
2.8.2 Le programme Python
2.8.2.1 Paramètres utilisateur
GAMMORA peut fonctionner selon deux modes : le mode patient et le mode manuel. Ces deux modes d’utilisation ne sont pas perméables et peuvent être combinés pour la création de simulations hybrides adaptées aux besoins de l’utilisateur (voir figure2.49).
Les interactions de l’utilisateur avec GAMMORA se font par le biais d’un fichier texte de configuration et d’une tool box.
Le fichier de configuration permet de définir les paramètres suivants : – le nom de la simulation
– l’utilisation de la visualisation – le type de visualisation
– le fichier de physics list utilisé
– la génération de simulations pour la création de PHSP secondaire (head simulation, voir figure 2.3)
– la génération de simulations pour le dépôt de dose absorbée dans le patient/fantôme (patient simulation, voir figure 2.3)
– le splitting
– le type de splitting (voir section 2.8.2.2) – la position initiale du bras
– la position finale du bras – le sens de rotation
– la rotation du collimateur – la position des mâchoires
– l’utilisation du MLC et sa position – le fantôme utilisé
– le type des PHSP secondaires (IAEA, root)
– l’actor utilisé pour le calcul de la dose absorbée (taille et résolution) – le type de source (IAEA, root, npy, gaga-phsp)
– l’énergie nominale (6XFF, 6XFFF, 10XFF, 10XFFF, 6 MeV, 9 MeV, 12 MeV, 18 MeV) – le nombre total de particules
– le recyclage utilisé
– le support de calcul (local ou HPC19)
La tool Box contient des données pour la génération des macros comme : les templates, les générateurs de particules gaga-phsp, le nombre de particules de chaque PHSP Varian. Si
l’utilisateur crée ses propres géométries, ses actors ou ses fantômes, il peut les stocker dans cette tool box pour les intégrer ensuite aux simulations.
Figure 2.49 – Modes d’utilisation de GAMMORA
2.8.2.2 Fonctionnalités
Le cropping automatique : pour utiliser le DICOM CT dans GATE il est préférable de redimensionner l’image. En effet, en retirant les voxels d’air autour du patient le temps de calcul est réduit car la taille de l’image l’est aussi. Par ailleurs la tête du linac dans GAMMORA est contenue dans une grande box qui, en rotation, peut toucher les coins de l’image (et ces overlaps sont interdits dans Geant4, ils créent une erreur).
Pour automatiser le procédé nous utilisons une fonction qui redimenssione l’image à partir des UH cumulés sur les deux axes x et y (voir figure 2.50).
La modulation du débit de dose : pour les traitements d’IMRT, une modulation du débit de dose délivré par l’accélérateur est appliquée. Pour simuler correctement ces faisceaux avec GAMMORA il est indispensable de la prendre en compte. La fraction d’UM délivrées à chaque CPI20 est reportée dans dicom RT plan, par le champ Cumulative Meterset Weight (CM W ). A partir de CM W , il est possible de calculer un coefficient FnD˙ de modulation d’intensité au CPI n selon :
FnD˙ = (CM Wn− CMWn−1)× N (2.1)
Avec, CM Wn et CM Wn−1 les Cumulative Meterset Weight aux CPI n et n− 1 et N le nombre de CPI.
Le nombre de particules pour le CPI n Nnpart, est alors calculé selon :
Nnpart= N
part tot
N × FD˙
n (2.2)
Où Ntotpart représente le nombre total de particules à simuler pour le faisceau (arc entier) et N le nombre de CPI.
Figure 2.51 – Exemple de calcul de FnD˙ pour un faisceau de traitement avec modulation d’intensité (en bleu). Les CM W sont reportés en orange.
Le splitting : pour accélérer les temps de calcul, il est nécessaire de réaliser les simulations en embarassingly parrallel. Le nombre total de particules à simuler est ainsi réparti sur un nombre n de CPU21, ce qui divise le temps de calcul d’un facteur n. Dans GAMMORA, nous avons implémenté deux types splitting (voir figure 2.52).
Pour la méthode de dynamic splitting, la totalité d’un arc est simulée dans chaque job (1 job = 1 CPU). Ce mode n’est possible qu’avec la création de PHSP secondaires Root car il utilise les fonctions genericMoves de GATE. Ce mode génère plus rapidement des macros plus légères car les positions de MLC ne sont calculées qu’une seule fois pour l’arc et un seul
20. En anglais : Control Point Index 21. En anglais : Central Processing Unit
fichier est utilisé. Pour les simulations cliniques ce mode de splitting est utilisé.
La méthode de static splitting, crée un job par point de contrôle (CPI) d’un arc de traitement. Si le nombre de jobs est supérieur au nombre de CPI, alors des CPI virtuels sont créés. Pour ceux-ci, tous les paramètres variables sont obtenus par interpolation linéaire des vrais CPI (angle du bras, position des mâchoires, position des lames du MLC, débit de dose). Cette méthode a été utilisée pour l’étude de l’effet interplay.
Pour les deux techniques de splitting, le nombre total de particules simulé et la méthode de récupération des résultats sont similaires.
Figure 2.52 – Méthodes de splitting de GAMMORA : schéma simplifié pour un arc avec 4 points de contrôle pour un splitting de n = 4 ou n = 7. Une simulation = Un job = Un carré.
Récupération des résultats : les simulations étant parallélisées, il est nécésaire de fusion-ner les résultats des différents jobs (« merging »). Pour obtenir la distribution de dose totale d’une simulation Dtot le merging consiste à cumuler les résultats de chaque job j selon :
Dtot =
M−1 j=0
dj (2.3)
Avec M le nombre de jobs et dj la matrice de distribution de dose absorbée du job j. Les jobs j étant indépendants les uns des autres (pas de terme de covariance), il est possible de propager les incertitudes statistiques des simulations, avec une moyenne quadratique selon :
SDtot = M−1 j=0 s2d j,j (2.4)
Avec M le nombre de jobs et sdj,j la distribution d’incertitude statistique sur la matrice dose absorbée du job j.
Conversion en dose absolue : La comparaison des résultats de simulations MC à des me-sures nécessite une conversion en dose absolue [20]. En effet, le nombre de particules simulées en MC est bien inférieur au nombre réel de photons.
En clinique, le débit de dose du TrueBeam est paramétré pour délivrer un débit de dose de réfèrence de Drefmeasured= 0.01 Gy.M U−1 dans les conditions de références (voir section1.4.2). Une simulation GATE réalisée pour les mêmes conditions donne un débit de dose moyen par particule simulée Drefgate en Gy.part−1.
Le facteur de conversion factor Fs pour une énergie donnée est obtenu grâce à l’équation 2.5 :
Fs = D
ref measured
Dgateref (2.5)
Aussi, une distribution de dose obtenue avec GATE (Dgate) hors des conditions de ré-férences, pour un nombre d’UM connu(M U ) et un nombre de particules simulés Nsimulatedpart , peut être convertie en distribution de dose absolue (Dabs
gate) par l’équation 2.6: Dabsgate= Dgate× Fs× UM × 1
R× Npart simulated
(2.6)
Où U M est extrait du DICOM RT plan, Fsest le facteur de conversion et R le coefficient de recyclage des particules utilisées.
Interface graphique : une GUI22 pour faciliter l’utilisation de GAMMMORA, est en cours de développement. Celle-ci n’étant pas encore totalement opérationnelle, elle n’a pas été utilisée pour générer les simulations de nos travaux.
Figure 2.53 – Capture d’écran de l’interface graphique de GAMMORA (en cours de développement).